რა არის მეწამული ბაქტერია? ეს მიკროორგანიზმები პიგმენტირებულია ბაქტერიოქლოროფილით a ან b სხვადასხვა კაროტინოიდებთან ერთად, რაც მათ აძლევს ფერებს, დაწყებული მეწამული, წითელი, ყავისფერი და ნარინჯისფერი. ეს საკმაოდ მრავალფეროვანი ჯგუფია. ისინი შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: მეწამული გოგირდის ბაქტერიები და მარტივი მეწამული ბაქტერიები (Rhodospirillaceae). 2018 წლის საზღვრები ენერგეტიკის კვლევის ნაშრომში შესთავაზა მათი გამოყენება ბიორესურსებად.
ბიოლოგია
იისფერი ბაქტერიები უმეტესად ფოტოავტოტროფულია, მაგრამ ცნობილია ქიმიოავტოტროპული და ფოტოჰეტეროტროპული სახეობებიც. ისინი შეიძლება იყვნენ მიქსოტროფები, რომლებსაც შეუძლიათ აერობული სუნთქვა და ფერმენტაცია.
მეწამული ბაქტერიების ფოტოსინთეზი ხდება უჯრედის მემბრანის რეაქციის ცენტრებში, სადაც ფოტოსინთეზური პიგმენტები (მაგ. ბაქტერიოქლოროფილი, კაროტინოიდები) და პიგმენტ-შემაკავშირებელი ცილები შეჰყავთ ინვაგინაციაში, რათა წარმოქმნან სპეციფიკური ბუშტუკები, ტუბულები ან ერთჯერადი წყვილი. ფურცლები. ამას ეწოდება ინტრაციტოპლაზმური მემბრანა (ICM), რომელსაც აქვს გადიდებულიზედაპირის ფართობი სინათლის შთანთქმის მაქსიმალურად გასაუმჯობესებლად.
ფიზიკა და ქიმია
მეწამული ბაქტერიები იყენებენ ციკლურ ელექტრონების გადაცემას, რომელიც გამოწვეულია რედოქსული რეაქციების სერიით. რეაქციის ცენტრის (RC) მიმდებარე სინათლის აღმდგენი კომპლექსები აგროვებენ ფოტონებს რეზონანსული ენერგიის სახით, იჭერენ RC-ში მდებარე P870 ან P960 ქლოროფილის პიგმენტებს. აღგზნებული ელექტრონები ციკლობენ P870-დან კვინონებამდე QA და QB, შემდეგ გადადიან ციტოქრომ bc1-ზე, ციტოქრომ c2-ზე და უკან P870-ზე. შემცირებული ქინონი QB იზიდავს ორ ციტოპლაზმურ პროტონს და ხდება QH2, საბოლოოდ იჟანგება და ათავისუფლებს პროტონებს, რომლებიც ციტოქრომის bc1 კომპლექსით პერიპლაზმაში გადაიტუმბება. შედეგად მიღებული მუხტის გაზიარება ციტოპლაზმასა და პერიპლაზმას შორის ქმნის პროტონის მამოძრავებელ ძალას, რომელსაც იყენებს ATP სინთაზა ATP ენერგიის წარმოქმნის მიზნით.
მეწამული ბაქტერიები ასევე გადასცემენ ელექტრონებს გარე დონორებიდან პირდაპირ ციტოქრომ bc1-ში, რათა წარმოქმნან NADH ან NADPH, რომლებიც გამოიყენება ანაბოლიზმისთვის. ისინი ერთკრისტალები არიან, რადგან ისინი არ იყენებენ წყალს, როგორც ელექტრონის დონორს ჟანგბადის წარმოებისთვის. მეწამული ბაქტერიების ერთი ტიპი, რომელსაც ეწოდება მეწამული გოგირდის ბაქტერია (PSB), იყენებს სულფიდს ან გოგირდს, როგორც ელექტრონის დონორებს. სხვა ტიპი, სახელად მეწამული არაგოგირდის ბაქტერია, ჩვეულებრივ იყენებს წყალბადს, როგორც ელექტრონის დონორს, მაგრამ ასევე შეუძლია სულფიდის ან ორგანული ნაერთების გამოყენება უფრო დაბალი კონცენტრაციით, ვიდრე PSB.
იისფერი ბაქტერიაარ არის საკმარისი გარე ელექტრონის მატარებლები NAD(P)+ NAD(P)H-მდე სპონტანურად დასაყვანად, ამიტომ მათ უნდა გამოიყენონ თავიანთი შემცირებული ქინონები NAD(P)+ მკვეთრად შესამცირებლად. ამ პროცესს მართავს პროტონის მამოძრავებელი ძალა და ეწოდება ელექტრონების საპირისპირო ნაკადი.
გოგირდი ჟანგბადის ნაცვლად
მეწამული არაგოგირდოვანი ბაქტერია იყო პირველი ბაქტერია, რომელიც აღმოაჩინეს, რომლებსაც ჰქონდათ ფოტოსინთეზი ჟანგბადის გარეშე, როგორც გვერდითი პროდუქტი. სამაგიეროდ, მათი ქვეპროდუქტი არის გოგირდი. ეს დადასტურდა, როდესაც პირველად შეიქმნა ბაქტერიების რეაქცია ჟანგბადის სხვადასხვა კონცენტრაციაზე. აღმოჩნდა, რომ ბაქტერიები სწრაფად შორდებიან ჟანგბადის უმცირეს კვალს. შემდეგ მათ ჩაატარეს ექსპერიმენტი, სადაც გამოიყენეს ბაქტერიების კერძი და სინათლე ფოკუსირებული იყო მის ერთ ნაწილზე, ხოლო მეორე დარჩა სიბნელეში. იმის გამო, რომ ბაქტერიები ვერ ცოცხლობენ სინათლის გარეშე, ისინი მოძრაობენ სინათლის წრეში. თუ მათი სიცოცხლის გვერდითი პროდუქტი ჟანგბადი იქნებოდა, ინდივიდებს შორის მანძილი უფრო დიდი გახდებოდა ჟანგბადის რაოდენობის მატებასთან ერთად. მაგრამ მეწამული და მწვანე ბაქტერიების ფოკუსირებულ შუქზე ქცევის გამო, დაასკვნეს, რომ ბაქტერიული ფოტოსინთეზის გვერდითი პროდუქტი არ შეიძლება იყოს ჟანგბადი.
მკვლევარები ვარაუდობენ, რომ ზოგიერთი მეწამული ბაქტერია დღეს ასოცირდება მიტოქონდრიებთან, სიმბიოზურ ბაქტერიებთან მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედებში, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ორგანელები. მათი ცილოვანი სტრუქტურის შედარება აჩვენებს, რომ არსებობს ამ სტრუქტურების საერთო წინაპარი. მეწამულ მწვანე ბაქტერიებს და ჰელიობაქტერიებს ასევე აქვთ მსგავსი სტრუქტურა.
გოგირდის ბაქტერია (გოგირდის ბაქტერია)
მეწამული გოგირდის ბაქტერია (PSB) არის Proteobacteria ჯგუფის ნაწილი, რომელსაც შეუძლია ფოტოსინთეზი, ერთობლივად მოიხსენიება, როგორც მეწამული ბაქტერიები. ისინი ანაერობული ან მიკროაეროფილურია და ხშირად გვხვდება წყლის სტრატიფიცირებულ გარემოში, მათ შორის ცხელ წყაროებში, სტაგნაციურ აუზებსა და მიკრობული აგრეგაციების მაღალი წყლის ადგილებში. მცენარეებისგან, წყალმცენარეებისა და ციანობაქტერიებისგან განსხვავებით, მეწამული გოგირდის ბაქტერიები არ იყენებენ წყალს, როგორც შემცირების აგენტს და, შესაბამისად, არ გამოიმუშავებენ ჟანგბადს. ამის ნაცვლად, მათ შეუძლიათ გამოიყენონ გოგირდი სულფიდის ან თიოსულფატის სახით (და ზოგიერთ სახეობას ასევე შეუძლია გამოიყენოს H2, Fe2+ ან NO2-), როგორც ელექტრონის დონორი მათი ფოტოსინთეზის გზებში. გოგირდი იჟანგება ელემენტარული გოგირდის გრანულების წარმოქმნით. ეს, თავის მხრივ, შეიძლება დაიჟანგოს გოგირდმჟავას წარმოქმნით.
კლასიფიკაცია
მეწამული ბაქტერიების ჯგუფი იყოფა ორ ოჯახად: Chromatiaceae და Ectothiorhodospiraceae, რომლებიც წარმოქმნიან შესაბამისად შიდა და გარე გოგირდის გრანულებს და აჩვენებენ განსხვავებებს მათი შიდა მემბრანების სტრუქტურაში. ისინი წარმოადგენენ Chromatiales-ის რიგის ნაწილს, რომელიც შედის გამა განყოფილებაში Proteobacteria. გვარი Halothiobacillus ასევე შედის Chromatiales-ში თავის ოჯახში, მაგრამ ის არ არის ფოტოსინთეზური.
ჰაბიტატები
მეწამული გოგირდის ბაქტერიები ჩვეულებრივ გვხვდება ტბების და სხვა წყლის ჰაბიტატების განათებულ ანოქსიურ ზონებში, სადაც გროვდება წყალბადის სულფიდი,და ასევე "გოგირდის წყაროებში", სადაც გეოქიმიურად ან ბიოლოგიურად წარმოებულ წყალბადის სულფიდს შეუძლია გამოიწვიოს მეწამული გოგირდის ბაქტერიების აყვავება. ფოტოსინთეზი მოითხოვს ანოქსიურ პირობებს; ეს ბაქტერიები ვერ ვითარდებიან ჟანგბადით გაჯერებულ გარემოში.
მერომიქტური (მუდმივი სტრატიფიცირებული) ტბები ყველაზე ხელსაყრელია მეწამული გოგირდის ბაქტერიების განვითარებისთვის. ისინი სტრატიფიცირდებიან, რადგან მათ აქვთ უფრო მკვრივი (ჩვეულებრივ ფიზიოლოგიური) წყალი ბოლოში და ნაკლებად მკვრივი (ჩვეულებრივ სუფთა წყალი) უფრო ახლოს ზედაპირთან. იასამნისფერი გოგირდის ბაქტერიების ზრდას ასევე ხელს უწყობს ჰოლომიქტიკურ ტბებში შრეები. ისინი თერმულად სტრატიფიცირებულია: გაზაფხულზე და ზაფხულში ზედაპირული წყალი თბება, რაც ზედა წყალს ქვედაზე ნაკლებად მკვრივს ხდის, რაც საკმაოდ სტაბილურ სტრატიფიკაციას იძლევა მეწამული გოგირდის ბაქტერიების ზრდისთვის. თუ სულფატის საკმარისი რაოდენობაა სულფატის გასამყარებლად, ნალექში წარმოქმნილი სულფიდი დიფუზირდება ზევით, ანოქსიურ ქვედა წყლებში, სადაც მეწამულ გოგირდის ბაქტერიებს შეუძლიათ შექმნან მკვრივი უჯრედული მასები.
კლასტერები
მეწამული გოგირდის ბაქტერიები ასევე გვხვდება და წარმოადგენს გამორჩეულ კომპონენტს შუალედური მიკრობული აგრეგაციების შემადგენლობაში. კლასტერებს, როგორიცაა Sippewissett-ის მიკრობული ხალიჩა, აქვთ დინამიური გარემო ტალღების ნაკადის და შემომავალი მტკნარი წყლის გამო, რის შედეგადაც ისეთივე სტრატიფიცირებული გარემოა, როგორც მერომიქტური ტბები. მეწამული გოგირდის ბაქტერიების ზრდაგააქტიურებულია გოგირდის მიწოდების გამო მათ ზემოთ მდებარე მიკროორგანიზმების სიკვდილისა და დაშლის გამო. გოგირდის სტრატიფიკაცია და წყარო საშუალებას აძლევს PSB გაიზარდოს ამ მოქცევის აუზებში, სადაც ხდება აგრეგაციები. PSB-ს შეუძლია დაეხმაროს მიკრობული ნალექის სტაბილიზაციას უჯრედგარე პოლიმერული ნივთიერებების სეკრეციის გზით, რომლებსაც შეუძლიათ წყალგამყოფებში ნალექის შეკვრა.
ეკოლოგია
მეწამულ გოგირდის ბაქტერიებს შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ გარემოზე საკვები ნივთიერებების ციკლის ხელშეწყობის გზით, მათი მეტაბოლიზმის გამოყენებით გარემოს შესაცვლელად. მათ შეუძლიათ მნიშვნელოვანი როლი შეასრულონ პირველად წარმოებაში ნახშირბადის ციკლზე ზემოქმედებით ნახშირბადის ფიქსაციის გზით. მეწამული გოგირდის ბაქტერიები ასევე ხელს უწყობენ ფოსფორის წარმოებას მათ ჰაბიტატში. ამ ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის მეშვეობით ფოსფორი, რომელიც ზღუდავს საკვებ ნივთიერებებს ტბების ოქსინის ფენაში, გადამუშავდება და მიეწოდება ჰეტეროტროფულ ბაქტერიებს გამოსაყენებლად. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ მიუხედავად იმისა, რომ მეწამული გოგირდის ბაქტერიები გვხვდება მათი ჰაბიტატის ანოქსიურ ფენაში, მათ შეუძლიათ მრავალი ჰეტეროტროფული ორგანიზმის ზრდის სტიმულირება ზემოხსენებული ოქსიდის ფენისთვის არაორგანული საკვები ნივთიერებებით.
